黨 永

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)綜采辦公室，山西 大同 037003）

礦井開(kāi)采深部資源若采用傳統(tǒng)的護(hù)巷煤柱會(huì)造成煤炭資源浪費(fèi)、煤柱內(nèi)應(yīng)力集中、變形量過(guò)大等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)T發(fā)沖擊地壓、煤與瓦斯突出等安全事故[1-2]。沿空留巷由于不留設(shè)護(hù)巷煤柱因而可顯著增加煤炭回收率并緩解礦井普遍面臨的采掘接替緊張局面，在深部開(kāi)采時(shí)應(yīng)用逐漸廣泛[3-5]。文中以大斗溝礦8206 膠運(yùn)順槽留巷為工程研究對(duì)象，對(duì)采取的切頂卸壓留巷技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述，以期能為其他礦井沿空留巷工作開(kāi)展提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。

1 工程概況

8206 工作面位于二盤區(qū)東部，開(kāi)采的2 號(hào)煤層埋深介于480～510m 間，厚度2.1～2.8m、平均2.6 m，傾角2°~6°，為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤。煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、砂巖為主，具體見(jiàn)表1。

8206 工作面走向、傾向長(zhǎng)度為1 661、180 m，采用U 型通風(fēng)方式，采面回采順槽均掘進(jìn)面均為矩形（寬×高=5.4 m×2.7 m）。為此緩解礦井采掘接替緊張局面并增加2 號(hào)煤層回收率，礦井決定在膠運(yùn)順槽內(nèi)采取用切頂卸壓留巷技術(shù)。

表1 2 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

2 切頂卸壓留巷技術(shù)方案

2.1 技術(shù)工藝流程

根據(jù)相關(guān)研究成果并結(jié)合留巷段應(yīng)力環(huán)境分析結(jié)果[6-7]，切頂卸壓留巷技術(shù)流程為：

具體如圖1 所示，在采面回采前超前采面在膠運(yùn)順槽一次回采側(cè)施工切縫鉆孔，從而使得留巷段頂板按照預(yù)先設(shè)計(jì)方向形成連續(xù)的切縫, 具體見(jiàn)A-A 剖面；隨著采面回采，采空區(qū)頂板巖層在礦壓及自重作用下沿著切縫線垮落,具體見(jiàn)圖B-B 剖面；采空區(qū)內(nèi)垮落的巖層在擋矸支護(hù)作用下成為留巷段巷幫，具體見(jiàn)C-C 剖面。

圖1 切頂卸壓留巷工藝流程

2.2 切頂留巷技術(shù)方案

2.2.1 膠運(yùn)順槽超前支護(hù)

8206 膠運(yùn)順槽原采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，為了確定留巷段頂板穩(wěn)定，在一次開(kāi)采側(cè)采用加強(qiáng)錨索（φ21.6 mm×8 000 mm）按照1 000 mm 排距對(duì)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，具體膠運(yùn)巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。加強(qiáng)錨索采用300 mm×300 mm×16 mm 預(yù)應(yīng)力鋼托盤，開(kāi)孔距煤壁600 mm，并采用BHW-3400-250 型鋼帶配合加強(qiáng)錨索支護(hù)頂板。

圖2 留巷段補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)圖

2.2.2 爆破預(yù)裂切縫

在8206 膠運(yùn)順槽一次回采側(cè)在距離巷幫600 mm 位置采用錨索鉆車施工切頂爆破鉆孔，鉆孔φ=50 mm、孔深L=8 000 mm、傾角β=770°、間距a=600 mm。爆破炸藥規(guī)格Φ35 mm×180 mm 的煤礦許用二級(jí)乳化。切縫爆破孔內(nèi)裝藥、封孔長(zhǎng)度分別為5 m、長(zhǎng)度3 m，單孔裝藥量2.85 kg。裝藥采用不耦合間隔式，具體切頂爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)配備專業(yè)的裝藥人員將藥卷裝入炮孔內(nèi)，藥卷之間采用導(dǎo)爆索連接，一次起爆4 個(gè)切頂爆破孔。

圖3 孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)

2.2.3 架后加強(qiáng)支護(hù)及擋矸支護(hù)

1）架后加強(qiáng)支護(hù)。在8206 膠運(yùn)順槽端頭架后0～200 m 范圍用 ZQ4000/20.6/45 切頂護(hù)幫支架、DW31.5-200/100x 單體、11 號(hào)工字鋼對(duì)順槽頂板進(jìn)行臨時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。待滯后采面200 m 后根據(jù)頂板穩(wěn)定情況采取全部回撤或者間隔回撤支護(hù)設(shè)備。具體架后支護(hù)布置圖見(jiàn)圖4。

圖4 架后支護(hù)布置圖

ZQ4000/20.6/45 切頂護(hù)幫支架與巷幫間距為500 mm、工作阻力在 24 MPa 以上，DW31.5-200/100x單體與巷幫間距為500 mm、工作阻力控制在12 MPa以上。一個(gè)切頂護(hù)幫支架上按照1 200 mm 間距布置3 根11 號(hào)工字鋼，每根工字鋼采用1 個(gè)單體支護(hù)。

2）擋矸支護(hù)。擋矸支護(hù)結(jié)構(gòu)由單體、U 型鋼以及金屬網(wǎng)構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。在采面端頭支架拉到為且升架完成后就在留巷段一次開(kāi)采幫施工擋矸支護(hù)。在29U 型鋼采面向空區(qū)側(cè)全封閉掛鋼筋網(wǎng)，U 型鋼間距為400 mm；由于留巷段直接頂、直接底均為泥質(zhì)粉砂巖，強(qiáng)度不高，為此采用穿柱靴戴帽方式避免U 型鋼穿頂鉆底。在U 型鋼側(cè)每隔600 mm 布置一穿柱靴戴帽單體。

圖5 擋矸支護(hù)結(jié)構(gòu)

2.2.4 留巷段防漏風(fēng)

在8206 膠運(yùn)順槽留巷段全程掛設(shè)風(fēng)筒布遮擋，降低留巷時(shí)漏風(fēng)量；在距離采面200 m 以上距離時(shí)在留巷幫鋪設(shè)厚度150 mm、強(qiáng)度C20 混凝土。當(dāng)發(fā)現(xiàn)噴射的混凝土層有裂隙或者留巷段漏風(fēng)嚴(yán)重時(shí)則在留巷幫再噴涂一層高分子材料進(jìn)行封堵。

2.3 留巷效果分析

為了掌握8206 膠運(yùn)順槽留巷情況，對(duì)留巷段圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)：

1）8206 膠運(yùn)順槽采用加強(qiáng)錨索、常規(guī)單體邁步式抬棚進(jìn)行超前支護(hù)后，采面超前支承壓力對(duì)膠運(yùn)順槽頂板下沉量影響較小，頂板幾乎不發(fā)生下沉，同時(shí)底板也為出現(xiàn)底鼓問(wèn)題。

2）在采面后方通過(guò)架后補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)提高頂板支護(hù)強(qiáng)度，頂板下沉量在留巷期間呈現(xiàn)出先快速增加后緩慢平穩(wěn)趨勢(shì)，其中頂板下沉量快速增加時(shí)間為7、14 d 后頂板下沉量趨于平穩(wěn)，監(jiān)測(cè)期間頂板下沉量累積至為120 mm。巷道底板基本無(wú)底鼓出現(xiàn)，槽留巷段巷幫變形量較小，最大為65 mm。

3）留巷段圍巖變形與埋深、巷道斷面、圍巖巖性、切頂效果、支護(hù)強(qiáng)度及支護(hù)方式等因素相關(guān)。根據(jù)8206 膠運(yùn)順槽留巷段圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可判定所用的切頂卸壓留巷技術(shù)應(yīng)用效果顯著。具體采面后方420 m 位置現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖6。

圖6 留巷現(xiàn)場(chǎng)圖

3 結(jié) 論

1）在8206 膠運(yùn)順槽通過(guò)布置切頂卸壓鉆孔切斷巷道頂板應(yīng)力傳遞路徑，從而為留巷段創(chuàng)造了較好的應(yīng)力環(huán)境，有助于降低留巷段頂板及幫幫圍巖變形量。

2）8206 膠運(yùn)順槽留巷段圍巖控制具體支護(hù)形式為：頂板采用錨網(wǎng)索及補(bǔ)強(qiáng)錨索進(jìn)行支護(hù)；架后采動(dòng)影響明顯區(qū)采用架后加強(qiáng)切頂護(hù)幫支架、單體、字鋼進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)；一次開(kāi)采幫采用擋矸支護(hù)單體+金屬網(wǎng)+U 型鋼?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，留巷段頂?shù)装寮跋飵妥冃瘟烤谠试S范圍內(nèi)，圍巖控制效果較高。

3）切頂卸壓留巷技術(shù)在8206 膠運(yùn)順槽成功應(yīng)用在一定程度上緩解了礦井采掘接替緊張局面，解決了沿空留巷巷道圍巖變形控制困難問(wèn)題。為后期切頂卸壓留巷技術(shù)在礦井大范圍推廣應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。